可变容量压缩机及其启动方法

                        技术领域

本发明涉及一种可变容量压缩机，更具体地说，涉及一种包括具有吸气 分配功能和高压注入功能的四通阀并被设计成在初始平衡(parallel)压力状 态下获得四通阀的驱动源的可变容量压缩机，以及一种该可变容量压缩机的 启动方法。

                        背景技术

设计使用制冷循环来冷却封闭空间的冷却系统如空调和冰箱包括用于压 缩在制冷循环的封闭回路中循环的制冷剂的压缩机。根据压缩机的压缩容量 来确定冷却系统的冷却能力。

近来，为了通过改变冷却系统的冷却能力来执行与特定需求相一致的最 佳冷却和为了节省能量，这样的冷却系统采用多个能够改变其制冷压缩容量 的可变容量压缩机。

在由本发明的申请人提交的第2002-61462号韩国专利申请中公开了多 个可变容量压缩机的例子。该公开的可变容量压缩机被设计以使具有不同容 量的两个压缩腔之一有选择地执行压缩操作。

上述韩国专利申请中的可变容量压缩机包括能驱动滚筒的离心装置，放 置在其中一个相连的压缩腔中，根据改变相连的压缩腔中转轴的旋转方向来 使其进行离心旋转或脱离离心旋转位置，从而有选择地进行压缩或压缩去除 操作。这种离心装置包括：两个分别设置在各个压缩腔内转轴外侧圆周的离 心凸轮，两个分别可旋转地接合到两个离心凸轮的外侧圆周的离心套筒，两 个分别可旋转地接合到两个离心套筒的外侧圆周离心辊子，和在转轴旋转的 过程中用来将一个离心套筒锁定在离心位置同时将另一个离心套筒锁定在非 离心位置的销钉。这种离心装置还包括分别放置在压缩腔内的辐射状可互换 的叶片，以将各个压缩腔的内部划分成吸入空间和排放空间。

对于如上述结构的可变容量压缩机，在离心装置的操作下当具有不同容 量的两个压缩腔中的一个执行压缩操作时另一个执行空操作，因而改变转轴 旋转方向使压缩机可变容量操作。

虽然上述可变容量压缩机由于吸气分配装置直接安在压缩机上而具有简 单的结构很容易安装到空调机里，但是这种独立的分配装置的设计和制造导 致未验证的(un-validated)组件的使用，这将降低压缩机的可靠性。

此外，没有制冷源的压缩腔即空压缩腔中的转子沿着转轴连续旋转，从 而由于空闲压缩腔和压缩机密封外壳间的压差会在空载压缩腔中形成负压。 这个负压阻碍转轴的旋转，导致压缩机由于功率损失而操作效率下降。

为了解决上述问题，有必要提供独立的控制装置来将高压冷却剂注进压 缩机的空闲部分以均衡空载压缩腔的内部压力和排放压力。这提高制造成本。

                        发明内容

本发明正是为了解决上述问题。本发明一方面在于提供一种包括具有吸 入气体分配功能和空闲部分高压注入功能的四通阀的可变容量压缩机，从而 获得低制造成本并由于经验证的(validated)组件的使用获得了高可靠性。

本发明的另一方面在于提供一种该可变容量压缩机的启动方法。该方法 在初始平衡(parallel)压力状态下执行升压算法来获得四通阀的驱动源以产 生移动四通阀活塞所需的压力差。

本发明的另外方面和/或优点将在下面的描述中部分地阐明，并且从描述 中部分是清楚的，或者通过本发明的实施可以被理解。

与本发明的一方面相一致，本发明的示例性实施例提供了一种包括具有 不同容量的多个压缩腔的可变容量压缩机，还包括用来将制冷气体供进将执 行压缩操作的所述多个压缩腔之一，并将压缩的高压制冷剂供进另一个非操 作的压缩腔的通道开关装置。

这个通道开关装置可以是具有将气体分配供进操作压缩腔的气体分配功 能和将高压气体注进非操作的压缩腔的高压注入功能的四通阀。

该四通阀可以与旁路管、入口管和多个吸入管相连接，旁路管从出口管 分支，通过出口管释放压缩的高压制冷剂，通过入口管提供将被压缩的吸入 制冷气体，通过多个吸入管吸入制冷气体从入管传送到多个压缩腔，从而用 于有选择地将吸入管之一与入口管连通，将另一个吸入管与旁路管连通。

这种压缩机还可以包括一个控制单元来控制在初始平衡(parallel)压力 状态下移动四通阀活塞所需的升压操作。

与本发明的另一方面相一致，本发明的示例性实施例提供了一种包括具 有不同容量的多个压宿腔和用来将制冷气体分配进所述多个压宿腔的四通阀 的可变容量压缩机的启动方法，包括：确定压缩机是否是处于初始启动；如 果压缩机是处于初始启动，则在初始平衡(parallel)压力状态下控制四通阀 产生移动其活塞所需的压力差。

通过操作多个压缩腔中的一些，在预定等待时间结束后接着操作余下的 压缩腔来执行在初始平衡(parallel)压力状态下控制四通阀产生移动其活塞 所需的压力差。

多个压缩腔中的一些或余下的压缩腔可选择性地操作预定的时间，多个 压缩腔中的所有压缩腔在预定等待时间停止操作。

该方法还可包括确定压缩机是否处于间歇操作。

如果压缩机是处于初始启动，则控制四通阀产生移动其活塞所需的压力 差，和在间歇操作中，在预定中止时间结束后压缩机重新启动来操作。

                        附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的详细描述，本发明的示例性实施例的 这些和/或方法和优点将会变得清楚和更加易于理解，其中：

图1是根据本发明的可变容量压缩机的垂直剖面视图；

图2是使用图1的可变容量压缩机的制冷循环的示意图；

图3是表示一种操作状态的四通阀的剖面视图，这种操作状态下，允许 包括在图1的可变容量压缩机的第一压缩腔的压缩操作；

图4是表示一种操作状态的四通阀的剖面视图，与图3不同的是，在这 种操作状态下，允许包括在图1的可变容量压缩机的第二压缩腔的压缩操作；

图5是本发明示例性实施例的可变容量压缩机的启动系统的控制框图；

图6是本发明示例性实施例的可变容量压缩机的启动方法的操作顺序的 流程图。

                    具体实施方式

现在对本发明示例性实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其 中，相同的标号始终表示同一部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以 解释本发明。

图1是根据本发明示例性实施例的可变容量压缩机的垂直剖面视图。

参照图1，如标号10指定的本发明的可变容量压缩机包括限定压缩机外 形的圆柱形密封壳体110，在壳体110的内部安装有产生旋转动力的驱动单元 120和压缩单元130，该压缩单元130当接收到来自驱动单元120的动力时压 缩制冷剂。

驱动单元120包括固定在密封壳体110内侧圆周上的圆柱形定子121和 可旋转地放置在定子121的内部并在其中空中央部分插入转轴123的转子 122。驱动单元120正向或逆向旋转转轴123。

压缩单元130包括上部第一圆筒131和下部第二圆筒132，这两个圆筒分 别沿轴向平行堆在一起并确定具有不同容量的第一及第二压缩腔131a和 132a。在本发明的示例性实施例中，第一压缩腔131a具有100％容量，第二 压缩腔132a具有40％的容量。压缩单元130还包括上、下法兰133和134， 以分别封闭第一压缩腔131a的上端和第二压缩腔132a的下端。隔离物135 被插在第一及第二压缩腔131a和132a之间以使两个腔彼此隔离。

第一个吸入管72a连接到第一圆筒131的侧面，以将通过入口管70传送 的低压制冷剂导入第一压缩腔131a。第二个吸入管72b被连接到第二圆筒132 的同一侧，以将低压制冷剂导入第二压缩腔132a。

第一及第二离心单元123a和123b被放置在转轴123上以使它们能分别 在第一及第二压缩腔131a和132a中离心旋转。第一及第二滚筒136a和136b 分别和第一及第二离心单元123a和123b的外侧圆周可旋转地接合。

虽然没有示出，但是每个压缩腔131a和132a中都有叶片，该叶片的一 端被滚筒136a或136b的外侧圆周弹性支撑，用来将压缩腔131a或132a的 内部划分成制冷剂吸入空间和制冷剂排放空间。

出口管71被安装在密封壳体110的上端以排放来自压缩机的被压缩的制 冷剂。

本发明的可变容量压缩机10是通过使制冷剂只在具有不同容量的第一 及第二压缩腔131a和132a中的一个中进行压缩来实现压缩容量改变。为此， 该压缩机10包括通道开关装置，该装置用来有选择地使入口管70和第一个 吸入管72a连通或使入口管70和第二个吸入管72b连通。

这个通道开关装置被设计使从出口管71排放的压缩的高压制冷剂的部 分返回到没有制冷源的那个压缩腔131a或132a，以防止在相应的压缩腔131a 或132a中产生负压。

在本发明的示例性实施例中，这个通道开关装置是以螺线管方式操作的 四通阀，旁路管73连接在出口管71的某一特定位置和四通阀60之间，将从 出口管71排放的压缩的高压制冷剂的部分导入到四通阀60。

图2是使用本发明的可变容量压缩机的制冷循环系统原理图。

参照图2，制冷循环包括：可变容量压缩机10、用来冷却在可变容量压缩 机10中压缩的高压高温制冷气体的冷凝器20、用来将从冷凝器20传送的制 冷剂减压的膨胀器30、和通过热吸收方式蒸发来自膨胀器30的减压后的制 冷剂的蒸发器40。

图3和图4是示出四通阀60的不同操作状态的剖面图，图3表示第一压 缩腔131a的压缩操作的状态，图4表示第二压缩腔132a压缩操作的状态。

参照图3和图4，四通阀60包括机身61、螺线管62、活塞63、和通道开 关构件64。机身61有四个端口，即连接到入口管70的入口端口61a、连接 到第一吸入管72a的第一吸入端口61b、连接到第二吸入管72b的第二吸入端 口61c、和连接到旁路管73的旁路端口61d。螺线管62安装在机身61的侧 面，以通过电源产生磁场。活塞63在螺线管62所产生磁场的作用下可往复 运动。通道开关构件64连接在活塞63上以随活塞63一起往复运动，这样就 可使旁路管73和入口管70中的一个与第一吸入管72a相连通，另一个与第 二吸入管72b相连通。

根据通道开关构件64的移动位置，四通阀60执行吸入气体分配功能以 将吸入气体供给第一和第二压缩腔131a和132a中的一个，同时执行高压制 冷剂注入功能，以经旁路管73将压缩后的高压制冷气体供给称作空闲部分的 没有吸入制冷剂气体源的压缩腔131a和132a中的另一个。

如图3所示，在没有电能加到螺线管62上的状态下，通道开关构件64 处于使入口管70与第一吸入管72a相连通，旁路管73与第二吸入管72b相 连通的位置。

这样，从蒸发器40传送的低压制冷剂被导入到第一压缩腔131a中进行 压缩，从而导致可变容量压缩机10以与第一压缩腔131a的容量相应的容量 (例如，100％的满载容量)操作。在这种情况下，从出口管71排出的压缩 的高压制冷剂的一部分被导入到第二压缩腔132a中，以防止在第二压缩腔 132a中产生负压。

如图4所示，当有电能加到螺线管62上时，通道开关构件64处于使入 口管70与第二吸入管72b相连通、旁路管道73与第一吸入管72a相连通的 位置。

这样，从蒸发器40传送的低压制冷剂被导入到第二压缩腔132a中进行 压缩，从而导致可变容量压缩机10以与第二压缩腔132a的容量相应的容量 (例如，40％的部分加载容量)操作。在这种情况下，从出口管71排出的压 缩的高压制冷剂的一部分被导入到第一压缩腔131a中，以防止在第一压缩腔 131a中产生负压。

图5是本发明示例性实施例的可变容量压缩机10的启动系统的控制框 图。该启动系统包括：信号输入单元200、温度传感器单元210、控制单元 220、压缩机驱动单元230、操作状态传感器单元240、和四通阀驱动单元250。

信号输入单元200输入操作信息，比如用户选择的预定温度Ts和操作模 式。如果本发明的可变容量压缩机10应用于空调机时，温度传感器单元210 检测室内温度Tr；如果可变容量压缩机10应用于冰箱时，温度传感器单元 210检测冰箱内部温度。

控制单元220是在初始启动(即冷启动)或间歇操作状态启动(即在预 定的中止时间结束后重新启动)时执行用于获得四通阀60的驱动源所需的升 压算法的微型计算机。这里，升压算法是一种在初始平衡(parallel)压力条 件下产生足以移动四通阀活塞所需的压力差的算法。控制单元220具有一个 计时器用于对第一及第二压缩腔131a和132a的操作时间和中止时间进行计 时。

控制单元220还起比较室内温度Tr和预定温度Ts，并基于此比较结果 控制第一及第二压缩腔131a和132a的操作的作用。当温差Tr-Ts小时，控 制单元220控制适合小操作容量的第二压缩腔132a的压缩操作；而当温差 Tr-Ts大时，控制单元220控制适合大操作容量的第一压缩腔131a的压缩操 作。

压缩机驱动单元230根据来自控制单元220的压缩机控制信号来正向或 逆向旋转转轴123以独立地操作第一及第二压缩腔131a和132a。操作状态传 感器单元240检测压缩机10的操作状态并将检测到的结果输入控制单元220， 以使得控制单元220确定压缩机10是处于冷/热启动或连续/间歇操作状态启 动。

或者，控制单元220也可设计成检测压缩机10的操作状态。

四通阀驱动单元250根据来自控制单元220的阀控制信号来打开/关闭四 通阀60，从而四通阀60将从蒸发器40传送的吸入制冷气体分配到第一或第 二压缩腔131a或132a，同时将压缩后的高压制冷气体的一部分返回没有吸入 制冷气体源的第二或第一压缩腔132a或131a，即压缩机10的空闲部分。

如上述结构的可变容量压缩机的启动方法的操作顺序及其操作效果将在 下文中给予说明。

图6是解释本发明的可变容量压缩机的启动方法的操作顺序的流程图。

在本发明的可变容量压缩机10中，第一压缩腔131a具有100％的大容量， 第二压缩腔132a具有40％的小容量，安装在压缩机上的四通阀60用来将吸 入气体分配到压缩腔之一，并将压缩后的制冷气体注入到压缩机10的空闲部 分。

如果压缩机10开始操作，则控制单元220确定压缩机10是处于冷启动 还是热启动(S300)。

这里，冷启动是指压缩机10的初始启动；热启动是与冷启动相对的概念， 是指压缩机10的非初始启动。

如果压缩机10是热启动，控制单元220确定压缩机10是连续操作还是 间歇操作(S310)。

这里，连续是指压缩机10在预定的大约15秒中止时间内重新启动来操 作的情况；间歇操作是指压缩机10超过预定的大约15秒中止时间重新启动 来操作的情况。

如果压缩机10处于间歇操作，则四通阀60根据下面的程序来执行升压 算法以产生移动四通阀60的活塞63所需的压力差。

首先，控制单元220通过压缩机驱动单元230来操作压缩机10的第一压 缩腔131a以将压缩机10的操作容量控制在满载100％容量(S320)。

在压缩机10达到满载容量以后，控制单元220开始对第一压缩腔131a 的操作时间进行计时以确定是否预定的大约1分钟的操作时间t1结束 (S330)。如果预定的操作时间t1已经结束，则第一压缩腔131a操作停止 (S340)。

接着，控制单元220开始对第一压缩腔131a的中止时间进行计时以确定 是否预定的大约15秒钟的中止时间t2结束(S350)。这里预定的中止时间是 向非操作压缩腔的转换等待时间。如果预定的中止时间t2结束，则控制单元 220通过压缩机驱动单元230操作第二压缩腔132a以将压缩机10的操作容量 控制在部分加载40％容量(S360)。

在压缩机10达到部分加载容量时，控制单元220开始对第二压缩腔132a 的操作时间进行计时以确定是否预定的大约1分钟的操作时间t3结束 (S370)。如果预定的操作时间t3结束，则第二压缩腔132a停止操作(S380)。

预定的操作时间t3可以被设成与第一压缩腔131a的操作时间相同或不 相同，这样，考虑到压缩机10，预定的操作时间t3可随意地改变。

同时，如果在顺序S300中确定压缩机10是冷启动，即初始启动，则控 制单元220进入顺序S320使四通阀60执行升压算法，以在初始平衡(parallel) 压力条件下产生移动四通阀60的活塞63所需的压力差。

如果在升压算法作用下四通阀60可移动，控制单元220比较室内温度 Tr和预定温度Ts并确定温差Tr-Ts是否大于或等于预定的标准温度Ta (S390)。

如果温差Tr-Ts大于或等于预定的标准温度Ta，控制单元220提高压 缩机10的操作容量以使第一压缩腔131a操作(S400)。如果温差Tr-Ts小 于预定的标准温度Ta，控制单元220降低压缩机10的操作容量以使第二压 缩腔132a操作(S410)。这个程序和现有技术的启动方法相同。

从以上描述清楚地看出，根据本发明的可变容量压缩机及其启动方法， 采用四通阀来将吸入制冷气体分配进压缩机的压缩腔之一，同时将压缩后的 高压制冷气体注入另一压缩腔，即压缩机的空闲部分，从而通过使用验证了 的(validated)组件降低了制造成本并提高了可靠性。另外，通过执行升压算 法获得四通阀的驱动源，这能在初始平衡(parallel)压力状态下有效地产生 足以移动四通阀的活塞所需的压力差。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员应该明白， 在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以在这些实施例中作出修改，本 发明的范围由权利要求及其等同物所限定。

本申请要求于2005年2月25日在韩国知识产权局提交的第2005-15950 号韩国专利申请的利益，这些申请全部公开于此，以资参考。